[发明专利]一种防护复合织布及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防护复合织布及其制备方法，具体涉及一种采用剪切增稠流体填充中空纤维内孔制备得到的具有防弹防刺、减震缓冲功能的防护复合织布及其制备方法。

背景技术

现代战争，杀伤性武器大规模使用，对操作军用非装甲车辆、掩体或暴露于地表的士兵的生命安全构成巨大威胁。此外，日常生活中除了执法人员，甚至是一般家庭及个人都有可能遭受到突如其来的尖锐物的伤害。现有防护产品具有较大的局限性，为了保障人们的生命安全，同时也为了减少军事设备和警用车辆的损耗，因此需要研制一种防弹防刺性能优异的防护复合织布。

剪切增稠流体（Shear Thickening Fluid,STF）是一种非牛顿流体，为浓缩的胶质悬浮液；包括剪切增稠液和剪切增稠凝胶等，是一种智能材料。其粘度随着剪切应力的提高而提高，这种提高有时是不连续的，但该过程是连续可逆的。剪切增稠流体的粘度与应变速率相关，当应变速率超过临界值时，其粘度急剧提高，宏观上体现为，受到外界冲击时，材料迅速变硬，呈现固态；当外界作用消失时，材料又恢复到原先的流体状态。

剪切增稠液是分散相粒子稳定分散于连续介质中组成的悬浮体系。其中分散相粒子可以是天然存在的矿物质，也可以是化学合成的聚合物，如SiO₂、CaCO₃、kaolin、PS、PMMA等。分散介质可以是水、有机物（聚乙二醇、乙醇或乙烯基乙醇）、矿物油、盐溶液等单一物质，也可以是多种分散介质的复配体。美国University of Delaware的研究团队以及国内中国科技大学、江南大学等高校的研究团队均对剪切增稠流体的流变性能以及防弹防刺性能进行了深入研究。但这些研究主要针对不同种类的分散相、不同的分散方法进行的，而并未对剪切增稠流体体系中分散介质部分的性能做任何实质性的改善。

CN101140151A“液态性材料的防弹防刺服”、CN101871748A“一种软体防刺防弹材料”、CN101522230A“结合有剪切增稠液体的外科和医疗服装及材料”、US749827B2“ADVANCED BODY ARMOR UTILIZING SHEAR THICKENING FLUIDS”、US2009/0004413A1“CONFORMABLE BALLISTIC RESISTANT AND PROTECTIVE COMPOSITE MATERIALS COMPOSED OF SHEAR THICKENING FLUIDS REINFORCED BY SHORT FIBERS”等均提出采用剪切增稠流体与高性能织物进行复合制备液体防护材料。但其不足之处在于，采用浸渍或浸泡的方式将剪切增稠液体包覆于纤维织物表面，随着材料服用期限的延长，有可能会由于剪切增稠流体的流失以及与纤维之间长期的摩擦作用，使得纤维性能下降，不能起到防护和抵御外界冲击的作用。同时，在浸渍或浸泡的过程中，大多需要辅以对应的溶剂，同时又需要烘箱等设备除去成品中残留的溶剂，这不但增加了工作量，而且还提高了生产成本。

CN102012193A“多功能防护毯”提出将剪切增稠凝胶置于不渗漏材料隔套中作为防护内层的一部分。该方法的缺点在于需采用特殊材料将剪切增稠凝胶封装其中，避免渗漏。这样不但增加了防护毯的重量，不便于携带；同时提高了生产成本，不具备工业化的可能性。CN202853475U“一种防弹防刺材料”提出采用中空纤维织物，但后续处理方式仍是对织物进行浸渍和涂覆，剪切增稠流体暴露于纤维表面，随着材料服用期限的延长，有可能会出现液体流失、材料防护性能下降的问题。

WO2008115636A2“PLASTIC HOLLOW FIBER CONTAINING A SHEAR THICKEN-ING FLUID FOR HIGH TENSILE STRENGTH FIBERS”提出采用剪切增稠流体填充中空纤维的方式来制备高抗拉强度纤维。该专利中通过设计特定的纺丝装置，在纺丝的过程中即将剪切增稠流体包含于中空纤维内部。所制备出的包含有剪切增稠流体的中空纤维与未经处理的中空纤维相比，抗拉性能有明显地提高。但该方法仍存在不足之处。此种生产方法对设备要求较高，造价相对昂贵；同时纺丝和后处理过程中有可能发生剪切增稠流体溢出或是流失等不良现象；要保证用于制备中空纤维的纺丝液与剪切增稠流体的组分之间不发生化学反应，这也限制了可选择的原料范围。特别地，外层高分子由于分子量比芯层高，纺丝温度也高，使得实际纺丝过程非常难控制。对温度要求高，而且中间剪切增稠液体可能分解或气化，挤破外层；若温度控制低，外层流动性差，纤维无法成形。

发明内容